تحلیل و مدل‌سازی آیرودینامیکی قطارهای پرسرعت درعبور از موانع کناری

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

یکی از مسائل مرتبط با طراحی آیرودینامیکی قطارپرسرعت مسئله جریان هوای ایجاد شده در اطراف قطار می باشد. این خصوصیت علاوه بر اینکه موجب اتلاف قابل‌توجهی در انرژی و سوخت می شود، باعث ایجاد اثرات متعددی نیز در حول قطار می گردد . یکی از این اثرات آیرودینامیکی که اهمیت اساسی برای ایمنی مسافران و کارگران در اطراف خط دارد پدیده فشار هوا ناشی از سرعت قطار است که الزامات ایمنی مورد نیاز خود را ایجاب می کند. وقتی قطار سرعت‌بالا از کنار یک مانع (انسان) عبور می‌کند، نیروهای آیرودینامیکی به‌صورت ناگهانی به آن وارد می‌شود. بدین منظور این موضوع باید در ایجاد حریم مجاز برای افراد موردتوجه قرار گیرد. در این شبیه‌سازی عددی از نرم‌افزار محاسبات سیالاتی فلوئنت استفاده‌شده و معادله جریان آشفته با روش و شرایط مرزی قطار بصورت مش متحرک مدل شده است و ناحیه مورد بررسی دارای ابعادی تا سی برابر مقیاس ارتفاع قطار می باشد . هدف از این تحقیق بررسی اثر پدیده فشار هوای ایجاد شده در اطراف قطار پرسرعت با سرعت سیر حدود 300 کیلومتر بر ساعت ‌به کمک شبیه‌سازی در دو حالت عادی و با ترمز آیرودینامیک و بررسی اثرات سرعت باد ناشی از عبور قطار برای جلوگیری از به خطر افتادن ایمنی انسان‌ها و یافتن حریم مجاز برای کارگران کنار خط و مسافرین است. به عنوان خروجی، فاصله حریم مجاز ایستادن فرد در کنار ریل در عبور قطار با سرعت 300 کیلومتر بر ساعت در حدود 1.6 متر و در حالت ترمزگیری آیرودینامیکی 3.5 متر تعیین گردید

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gebicki M (2014) What's the world's fastest passenger train. Stuff.co.nz.

[2] TSI, 2008/232/CE (2008) Technical specification for interoperability of high speed rolling stock (TSI HS RST). Official Journal of the European Union.

[3] Lawson TV, Penwarden AD (1975_ The effects of wind on people in the vicinity of buildings. Proceedings of the 4th International Conference on Wind Effects on Buildings and Structures, 605-622. Cambridge University Press, Heathrow.

[4] Bottema M (1993) Wind climate and urban geometry. Proefschrift/ PhD Thesis, Eindhoven University of Technology. ISBN 90-386-0132-8.

[5] De Graaf B, Van Weperen W (1997) The retention of balance: An exploratory study into the limits of acceleration the human body can withstand without losing equilibrium. Human Factors: J Hum Factors Ergon 39(1): 111-118.

[6] Jordan S, Johnson T, Sterling M, Baker C (2008) Evaluating and modeling the response of an individual to a sudden change in wind speed. Build Environ 43:1541-1534.

[7] Khayrullina A, Blocken B, Janssen W, Straathof J (2015) CFD simulation of train aerodynamics: Train-induced wind conditions at an underground railroad passenger platform. J Wind Eng Ind Aerod 139: 100-110.

[8] Yang N, Zheng XK, Zhang J, Law SS, Yang QS (2015) Experimental and numerical studies on aerodynamic loads on an overhead bridge due to passage of high-speed train. J Wind Eng Ind Aerod 140: 19-33.

[9] Dhanabalan Y (2013) Numerical study of a wind tunnel setup for measuring train slipstream with Detached Eddy Simulation.

[10] Axelsson N, Ramnefors M, Gustafsson R (1998) Accuracy in computational aerodynamics, Part1: stagnation pressure. SAE 980037.

[11] غضنفری م، حسینی تهرانی پ (1394) بهبود ضخامت و وزن نمونه جدید پنل ترمز آئرودینامیکی قطارهای پرسرعت با استفاده از نرم افزار انسیس. چهارمین کنفرانس بین المللی پیشرفت‌های اخیر در مهندسی راه آهن، ایران - تهران، محل دائم نمایشگاه‌های بین المللی تهران.

[12] Guillou F (2012) CFD Study of the Flow around a High-Speed Train.

[13] Stathopoulos T (2002) The numerical wind tunnel for industrial aerodynamics: real or virtual in the new millennium?. Wind Struct 5 (2-4): 193-208.

[14] رضوانی م، محبی م (1392) شبیه سازی عددی جریان هوای اطراف قطار مسافربری پارسی تحت اثر بادهای عرضی. فصلنامه مهندسی حمل و نقل 364-345 :(4)4.

[15] Casey M, Wintergerste T (2000) Special interest group on quality and trust in industrial CFD Best Practice Guidelines. ERCOFTAC.

[16] Manhart M, Wengle H (1993_ A spatiotemporal decomposition of a fully inhomogeneous turbulent flow field. Theor Comp Fluid Dyn 5: 223-242.

[17] Muld TW (2012) Slipstream and Flow structures in the near wake of high-speed trains. Doctoral Thesis in Engineering Mechanics, KTH, Stockholm

[18] Holmes S, Schroeder M, Toma E (2000) High-speed passenger and intercity train aerodynamic computer modeling. In the 2000 International Mechanical Engineering Congress ME2000.

[19] Meng-ling W, Yang-yong Z, Chun T, Wei-wei F (2011) Influence of aerodynamic braking on the pressure wave of a crossing high-speed train. J Zhejiang Univ Sci A  12(12): 979-984.

[20] De Graaf B, Van Weperen W (1997) The retention of balance: An exploratory study into the limits of acceleration the human body can withstand without losing equilibrium. Human Factors: J Hum Factors Ergon Soc 39(1): 111-118.